+

RU2660819C1 - Method of manufacturing a super-capacitor electrode - Google Patents

Method of manufacturing a super-capacitor electrode Download PDF

Info

Publication number
RU2660819C1
RU2660819C1 RU2017129367A RU2017129367A RU2660819C1 RU 2660819 C1 RU2660819 C1 RU 2660819C1 RU 2017129367 A RU2017129367 A RU 2017129367A RU 2017129367 A RU2017129367 A RU 2017129367A RU 2660819 C1 RU2660819 C1 RU 2660819C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon nanotubes
layer
windows
dielectric layer
microns
Prior art date
Application number
RU2017129367A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Сауров
Сергей Николаевич Козлов
Алексей Васильевич Живихин
Александр Александрович Павлов
Сергей Викторович Булярский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук
Priority to RU2017129367A priority Critical patent/RU2660819C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660819C1 publication Critical patent/RU2660819C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21HOBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
    • G21H1/00Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries
    • G21H1/02Cells charged directly by beta radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/34Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, in particular to methods for manufacturing supercapacitors. Method for manufacturing the supercapacitor electrode is to apply a buffer layer, a catalytic bed, a dielectric layer, an insulating layer in the dielectric layer of the window matrix to a catalytic bed with a cross-sectional dimension of 40–60 mcm, deposition in the windows of arrays of vertically oriented carbon nanotubes, the functionalization of the surface of carbon nanotubes by oxygen-containing groups, the layer formation of polyaniline containing the isotope C-14, on vertically oriented carbon nanotubes by electrochemical deposition, annealing.
EFFECT: invention provides a self-charging function in a supercapacitor.
13 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам изготовления суперконденсаторов. Изобретение может быть использовано в энергетике, при создании высокоэффективных генераторов и накопителей электрической энергии, способных работать длительное время автономно, в автономных мобильных миниатюрных слаботочных источниках питания, применяемых в системах микроэлектроники.The invention relates to electronic equipment, in particular to methods for manufacturing supercapacitors. The invention can be used in the energy sector, when creating highly efficient generators and electric energy storage devices that can work autonomously for a long time, in autonomous mobile miniature low-current power sources used in microelectronics systems.

Суперконденсаторы являются одними из наиболее перспективных устройств для хранения энергии. Суперконденсаторы обычно имеют конструкцию из двух поляризуемых электродов, разделенных сепаратором, проницаемым для ионов, пропитанным электролитом. Недостатками многих известных суперконденсаторов является необходимость зарядки от внешнего источника питания.Supercapacitors are some of the most promising energy storage devices. Supercapacitors usually have a design of two polarizable electrodes, separated by an ion permeable separator impregnated with an electrolyte. The disadvantages of many known supercapacitors are the need for charging from an external power source.

Известен патент США US 2858459 (МПК G21H 1/04, опубликован 28.10.1958), в котором описан конденсатор, состоящий из двух шаровидных обкладок, одна из которых находится внутри другой большего диаметра. На внутренней обкладке имеется источник бета-излучения, от которого этот конденсатор заряжается. Недостатком указанного выше устройства являются большие габариты и вес, малая мощность и малая величина тока при непрерывной работе.Known US patent US 2858459 (IPC G21H 1/04, published 28.10.1958), which describes a capacitor consisting of two spherical plates, one of which is inside the other larger diameter. On the inner lining there is a beta radiation source, from which this capacitor is charged. The disadvantage of the above device is the large size and weight, low power and low current during continuous operation.

Известно выполнение электрода конденсатора из углеродного волокнистого материала и металлизирован никелем, описанное в патенте РФ RU 2058054 (МПК H01G 9/04, опубликован 10.04.1996).It is known that the capacitor electrode is made of carbon fiber material and is metallized with nickel, as described in RF patent RU 2058054 (IPC H01G 9/04, published April 10, 1996).

Известно выполнение электродов конденсатора с двойным электрическим слоем, из эластичного материала, состоящего из смеси частиц активированного угля, содержащего крупные и мелкие частицы, пористого эластичного диэлектрика и полимерного связующего, в качестве которого использованы полиспирты и полисахариды (патент РФ RU 2041518, МПК H01G 9/04, опубликован 09.08.1995).It is known that electrodes of a capacitor with a double electric layer are made of an elastic material consisting of a mixture of activated carbon particles containing large and small particles, a porous elastic dielectric and a polymer binder, which are used as polyalcohols and polysaccharides (RF patent RU 2041518, IPC H01G 9 / 04, published 09/08/1995).

Известен способ изготовления конденсатора с двойным электрическим слоем по патенту РФ RU 2172037 (МПК Н01G 9/058, H01G 9/155, опубликован 10.08.2001 г.), включающий смешение активированного угля и термопластичного полимера с последующим прессованием и термообработкой, где термопластичный полимер берут с насыпной плотностью 0,05-0,19 г/см3 и средним размером частиц 0,1-1,2 от среднего размера частиц активированного угля, который берут с насыпной плотностью 0,2-9,0 от насыпной плотности термопластичного полимера при отношении насыпного объема активированного угля к насыпному объему термопластичного полимера (6,0-0,7):1. В качестве полимера использован полиэтилен.A known method of manufacturing a capacitor with a double electric layer according to the patent of the Russian Federation RU 2172037 (IPC H01G 9/058, H01G 9/155, published 08/10/2001), comprising mixing activated carbon and a thermoplastic polymer, followed by pressing and heat treatment, where the thermoplastic polymer is taken with a bulk density of 0.05-0.19 g / cm 3 and an average particle size of 0.1-1.2 of the average particle size of activated carbon, which is taken with a bulk density of 0.2-9.0 of the bulk density of a thermoplastic polymer at the ratio of the bulk volume of activated carbon to bulk volume of thermoplastic polymer (6.0-0.7): 1. As the polymer used polyethylene.

Известен способ изготовления электрода суперконденсотора, включающий смешивание активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего с органическим растворителем, уплотнение смеси с последующими формованием активной углеродной основы, термообработкой и металлизацией последней, причем смесь перед уплотнением подвергают фибриллизации при температуре 50°С, а термообработку ведут при температуре 100°С, при этом смесь для получения активной углеродной основы содержит компоненты при определенном соотношении, причем электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода (патент РФ RU 2427052, МПК H01G 9/058, H01G 9/155, опубликован 20.08.2011).A known method of manufacturing a supercondenser electrode, comprising mixing activated carbon, an electrically conductive additive and a polymer binder with an organic solvent, compacting the mixture, followed by molding the active carbon base, heat treatment and metallization of the latter, the mixture is subjected to fibrillation before densification at a temperature of 50 ° C, and heat treatment is carried out at temperature of 100 ° C, while the mixture to obtain an active carbon base contains components in a certain ratio, and elec ronoprovodyaschaya additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black (patent of Russian Federation RU 2427052, IPC H01G 9/058, H01G 9/155, published 20.08.2011).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков (прототипом) изобретения для устройства является техническое решение, изложенное в патенте РФ RU 2533010 «Способ изготовления планарного конденсатора повышенной емкости», МПК H01G 4/00, В82В 3/00, опубликован 20.11.2014. Способ изготовления планарного конденсатора повышенной емкости включает создание первого электрода путем формирования проводящего слоя с развитой поверхностью на проводящей электродной основе, формирование однородного по толщине тонкого диэлектрического слоя, повторяющего рельеф поверхности проводящего слоя с развитой поверхностью, заполнение пустот проводящим материалом между неровностями первого электрода, покрытого диэлектрическим слоем, создавая тем самым второй электрод, причем проводящий слой с развитой поверхностью формируется из материала, имеющего анизотропию проводимости электрического тока такую, что в горизонтальном направлении электрическая проводимость выше электрической проводимости в вертикальном направлении, проводящий слой с развитой поверхностью представляет собой углеродную наноструктуру в виде столбиков и формируется химическим осаждением из газовой фазы, стимулированого плазмой. Этот слой содержит металлические или интерметаллические нанокластеры.The closest in the set of essential features (prototype) of the invention for the device is the technical solution set forth in RF patent RU 2533010 “Method for manufacturing a planar capacitor of increased capacity”, IPC H01G 4/00, B82B 3/00, published November 20, 2014. A method of manufacturing a planar capacitor of increased capacity includes creating a first electrode by forming a conductive layer with a developed surface on a conductive electrode base, forming a thin dielectric layer uniform in thickness, repeating the surface relief of a conductive layer with a developed surface, filling voids with conductive material between the irregularities of the first dielectric coated electrode layer, thereby creating a second electrode, and a conductive layer with a developed surface of the forms It is formed from a material having an anisotropy of electric current conductivity such that in the horizontal direction electric conductivity is higher than vertical electric conductivity, the conductive layer with a developed surface is a carbon nanostructure in the form of columns and is formed by chemical vapor deposition stimulated by plasma. This layer contains metallic or intermetallic nanoclusters.

Известный способ изготовления электродного материала прототипа не предусматривает зарядку конденсатора от внутреннего источника бета-излучения. Столбики выполнены из углеродных нанотрубок, которые не скрепляются между собой связующим. Такие столбики в продольном направлении обладают высоким модулем упругости, однако при поперечных нагрузках легко отрываются от подложки в виду малой адгезии. Поэтому такая конструкция является механически не прочной в отношении механического напряжения сдвига. В известном способе пространство между нанотрубками в столбике не заполнено проводящим веществом, что снижает электропроводность и теплопроводность столбика. Столбик покрыт диэлектриком, поэтому емкость суперконденсатора (С) в целом определяется площадью диэлектрика (S), его толщиной (d) и диэлектрической проницаемостьюA known method of manufacturing an electrode material of the prototype does not provide for charging a capacitor from an internal beta radiation source. The columns are made of carbon nanotubes, which are not fastened together by a binder. Such columns in the longitudinal direction have a high modulus of elasticity, however, with transverse loads, they are easily detached from the substrate in view of low adhesion. Therefore, this design is not mechanically strong with respect to mechanical shear stress. In the known method, the space between the nanotubes in the column is not filled with a conductive substance, which reduces the electrical conductivity and thermal conductivity of the column. The column is covered with a dielectric, therefore, the capacitance of the supercapacitor (C) as a whole is determined by the area of the dielectric (S), its thickness (d) and dielectric constant

Figure 00000001
Figure 00000001

В известном изобретении не использовано свойство нанотрубок разветвлять поверхность (Булярский С.В., Углеродные нанотрубки: технология, управление свойствами, применение, Ульяновск 2011, 432 с.).In the known invention, the property of branching nanotubes is not used (S.V. Bulyarsky, Carbon nanotubes: technology, property management, application, Ulyanovsk 2011, 432 pp.).

Величина накопленной энергии в суперконденсаторах (Е) определяется величиной его емкости (С) и разностью потенциалов между электродами, выводящими ток (U):The value of the stored energy in supercapacitors (E) is determined by the value of its capacitance (C) and the potential difference between the electrodes that output current (U):

Figure 00000002
Figure 00000002

Мощность (Р), которая выделяется суперконденсатором, определяется разностью потенциалов между электродами, выводящими ток (U), и последовательным сопротивлением электродов (R):The power (P) that is released by the supercapacitor is determined by the potential difference between the electrodes that output current (U) and the series resistance of the electrodes (R):

Figure 00000003
Figure 00000003

В соответствии с этими формулами емкость суперконденсатора и разность потенциалов между его электродами должны быть как можно больше, а последовательное сопротивление как можно меньше.In accordance with these formulas, the capacitance of the supercapacitor and the potential difference between its electrodes should be as large as possible, and the series resistance as small as possible.

Электроды суперконденсатора должны удовлетворять, по крайней мере, двум условиям, а именно обладать большой поверхностью контакта электродного материала с электролитом, что обеспечивает большую емкость, необходимую для хранения значительных количеств электрической энергии, а также высокой проводимостью материала электрода, необходимой для выделения энергии в короткие промежутки времени. Этим условиям нанотрубки, которые образуют столбик согласно изобретению RU 2533010, удовлетворяют не полностью.The supercapacitor electrodes must satisfy at least two conditions, namely, have a large contact surface of the electrode material with the electrolyte, which provides a large capacity necessary for storing significant amounts of electrical energy, as well as high conductivity of the electrode material necessary for the release of energy in short intervals time. These conditions of the nanotube, which form the column according to the invention RU 2533010, are not fully satisfied.

Перспективными электродными материалами для химических источников тока являются нанокомпозиты, содержащие углеродные нанотрубки (УНТ) и электропроводящие полимеры (Wu Т.-М., Lin Y.-W., Liao Ch.-S. Preparation and characterization of polyaniline/multi-walledcarbon nanotube composites //Carbon. - 2005. - vol. 43. - P. 734-740.). Введение в состав нанокомпозита углеродных нанотрубок позволяет, во-первых, увеличить электропроводность материала, во-вторых создать структуру с оптимальной пористостью, необходимую для увеличения емкости.Promising electrode materials for chemical current sources are nanocomposites containing carbon nanotubes (CNTs) and electrically conductive polymers (Wu T.-M., Lin Y.-W., Liao Ch.-S. Preparation and characterization of polyaniline / multi-walledcarbon nanotube composites // Carbon. - 2005. - vol. 43. - P. 734-740.). The introduction of carbon nanotubes into the nanocomposite allows, firstly, to increase the electrical conductivity of the material, and secondly, to create a structure with optimal porosity necessary to increase the capacity.

Технической проблемой настоящего изобретения является создание долговечного электрода с разветвленной поверхностью, имеющего большую площадь в ограниченном пространстве, большую электро- и теплопроводность, способного производить подзарядку суперконденсатора от внутреннего источника бета-излучения в течение всего срока службы, обеспечивая тем самым длительное автономное использование источника питания без подвода к нему электрической энергии извне.The technical problem of the present invention is the creation of a durable electrode with a branched surface, having a large area in a confined space, large electrical and thermal conductivity, capable of recharging the supercapacitor from an internal beta radiation source throughout the entire service life, thereby ensuring long-term autonomous use of the power source without supplying electric energy to it from the outside.

Технический результат заключается в том, что электрод обеспечивает объединение функции зарядки конденсатора от внутреннего источника бета-излучения, накопление и хранение энергии в суперконденсаторе, обеспечивает высокую емкость и количество хранимой энергии, обеспечивает непрерывную подзарядку суперконденсатора в течение времени более 260000 часов в автономном режиме без подвода внешней электрической энергии, а также имеет низкое электрическое и тепловое сопротивление электродов, обеспечивающее высокие токи разрядки и выделение накопленной энергии за короткий промежуток времени.The technical result consists in the fact that the electrode provides the combination of the charging function of the capacitor from an internal beta radiation source, energy storage and storage in the supercapacitor, provides a high capacity and amount of stored energy, provides continuous charging of the supercapacitor for more than 260,000 hours in stand-alone mode without supply external electric energy, and also has a low electrical and thermal resistance of the electrodes, providing high discharge currents and the release of oplennoy energy in a short period of time.

Для достижения вышеуказанных технических результатов в способе изготовления электрода суперконденсатора (ионистора) на проводящую подложку наносят буферный слой, каталитический слой, затем диэлектрический слой, вскрывают в диэлектрическом слое матрицы окон до каталитического слоя с поперечным размером 40-60 мкм, осаждают в окнах массивы вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, проводят функционализацию поверхности углеродных нанотрубок кислородсодержащими группами, формируют слой полианилина, содержащего изотоп С-14, на вертикально ориентированных углеродных нанотрубках электрохимическим осаждением, затем проводят отжиг.To achieve the above technical results, in the method of manufacturing a supercapacitor electrode (ionistor), a buffer layer is applied to the conductive substrate, the catalytic layer, then the dielectric layer, the window matrix is opened in the dielectric layer to the catalytic layer with a transverse size of 40-60 microns, arrays of vertically oriented carbon nanotubes, carry out the functionalization of the surface of carbon nanotubes with oxygen-containing groups, form a layer of polyaniline containing the C-14 isotope, on vertically oriented carbon nanotubes by electrochemical deposition, then annealing.

Описанная последовательность действий приводит к формированию на поверхности электрода упорядоченной матрицы столбиков из композита, образованных массивом из углеродных нанотрубок и полианилина, содержащим изотоп С-14. Сформированные столбики радиоактивны и в результате бета распада изотопа С-14 испускают электроны с энергией от 5 до 140 кэВ.The described sequence of actions leads to the formation on the surface of the electrode of an ordered matrix of columns of composite formed by an array of carbon nanotubes and polyaniline containing the C-14 isotope. The formed columns are radioactive and, as a result of beta decay of the C-14 isotope, emit electrons with energies from 5 to 140 keV.

От прототипа предлагаемый электрод отличается тем, что нанотрубки в столбиках покрыты полианилином, содержащим изотоп С-14, в результате электрохимического осаждения мономеров анилина, образуют при этом электропроводящий и теплопроводящий пористый композитный материал, обладающий высокой электропроводностью и теплопроводностью. Сформированная столбчатая структура имеет электрический и тепловой контакт низкого сопротивления с проводящей подложкой.The proposed electrode differs from the prototype in that the nanotubes in the columns are coated with polyaniline containing the C-14 isotope, as a result of electrochemical deposition of aniline monomers, form an electrically conductive and thermally conductive porous composite material with high electrical conductivity and thermal conductivity. The formed columnar structure has electrical and thermal contact of low resistance with a conductive substrate.

Изготовление полианилина на основе изотопа углерода С-14 приводит к тому, что полианилин приобретает свойства радиоактивности и испускает электроны высоких энергий от 5 до 140 кэВ. Это свойство связано с тем, что изотоп углерода С-14 подвергается бета-распаду с выделением электронов, которые обладают высокой энергией. Средняя энергия электронов, возникающих при бета-распаде изотопа С-14, составляет 49 кэВ, а их максимальная энергия достигает 140 кэВ. Высокая энергия образовавшихся электронов приводит к генерации в электролите пар положительно и отрицательно заряженных ионов. Энергия генерации одной такой пары составляет 2-3 эВ. Поэтому один электрон высоких энергий взаимодействует с электролитом многократно и производит 20000-30000 таких пар. Ионы пары разделяются электрическим полем двойного электрического слоя, который образуется на границе с электролитом при контакте его с поверхностью сформированной столбчатой структуры композита из вертикально ориентированных массивов углеродных нанотрубок и полианилина. В результате суперконденсатор приобретает свойство самозаряжающегося.The production of polyaniline based on the carbon isotope C-14 leads to the fact that polyaniline acquires the properties of radioactivity and emits high-energy electrons from 5 to 140 keV. This property is due to the fact that the carbon isotope C-14 undergoes beta decay with the release of electrons that have high energy. The average energy of electrons arising from beta decay of the C-14 isotope is 49 keV, and their maximum energy reaches 140 keV. The high energy of the resulting electrons leads to the generation of pairs of positively and negatively charged ions in the electrolyte. The generation energy of one such pair is 2-3 eV. Therefore, one high-energy electron interacts with the electrolyte repeatedly and produces 20000-30000 of such pairs. Ions of the pair are separated by the electric field of a double electric layer, which is formed at the interface with the electrolyte when it contacts the surface of the formed columnar structure of a composite of vertically oriented arrays of carbon nanotubes and polyaniline. As a result, the supercapacitor acquires the property of self-charging.

Упорядоченное расположение массивов углеродных нанотрубок по поверхности электрода обеспечивает: увеличение механической прочности за счет того, что пучки массивов нанотрубок армируют полианилин, увеличивают адгезию с подложкой, создают электрический контакт низкого сопротивления между композитом и подложкой, осуществляют хороший отвод тепла от слоя композита за счет высокой теплопроводности углеродных нанотрубок и низкого теплового сопротивления контакта композита с подложкой. Диаметр столбиков определяется длиной пробега электронов, испущенных при бетараспаде, в полианилине. Расстояние между центрами столбиков определяется необходимостью существования зазора между этими столбиками. Выбранная геометрия расположения столбиков пористого композита на основе пучков массивов углеродных нанотрубок с осажденным на них полианилином обеспечивает зазор между столбиками с поперечным размером от 40 до 60 мкм, которые образовались в результате осаждения полианилина на поверхность углеродных нанотрубок. В этот зазор и в поры композита свободно проникает электролит, который вводится при сборке электрода в суперконденсатор. За счет пористости сформированной структуры электрода увеличивается разветвление поверхности по сравнению с прототипом. Увеличение поверхности ведет к росту емкости суперконденсатора, т.к. емкость обусловлена двойным электрическим слоем, который образуется электролитом при контакте его с поверхностью столбиков, образованных на основе массивов углеродных нанотрубок и полианилина.The ordered arrangement of carbon nanotube arrays on the electrode surface provides: an increase in mechanical strength due to the fact that the bundles of nanotube arrays reinforce polyaniline, increase adhesion to the substrate, create a low-resistance electrical contact between the composite and the substrate, and provide good heat removal from the composite layer due to high thermal conductivity carbon nanotubes and low thermal resistance of the contact of the composite with the substrate. The diameter of the columns is determined by the mean free path of electrons emitted during beta decay in polyaniline. The distance between the centers of the columns is determined by the need for a gap between these columns. The selected geometry of the columns of the porous composite based on bundles of carbon nanotube arrays with polyaniline deposited on them provides a gap between the columns with a transverse size of 40 to 60 μm, which were formed as a result of the deposition of polyaniline on the surface of carbon nanotubes. Electrolyte freely enters this gap and into the pores of the composite, which is introduced when the electrode is assembled into the supercapacitor. Due to the porosity of the formed structure of the electrode, the surface branching increases in comparison with the prototype. An increase in the surface leads to an increase in the capacitance of the supercapacitor, since the capacitance is caused by a double electric layer, which is formed by the electrolyte upon contact with the surface of the columns formed on the basis of arrays of carbon nanotubes and polyaniline.

В частном случае выполнения изобретения высота углеродных нанотрубок составляет от 30 до 100 мкм.In the particular case of carrying out the invention, the height of the carbon nanotubes is from 30 to 100 microns.

В частном случае выполнения изобретения расстояние между центрами окон составляет 70-100 мкм.In the particular case of the invention, the distance between the centers of the windows is 70-100 microns.

В частном случае выполнения изобретения функциональная кислородсодержащая группа является карбоксильной группой.In the particular case of carrying out the invention, the functional oxygen-containing group is a carboxyl group.

В частном случае выполнения изобретения толщина буферного слоя составляет от 5 нм до 60 нм.In the particular case of carrying out the invention, the thickness of the buffer layer is from 5 nm to 60 nm.

В частном случае выполнения изобретения буферный слой выполнен из алюминия, и/или титана, и/или нитрида титана.In the particular case of the invention, the buffer layer is made of aluminum and / or titanium and / or titanium nitride.

В частном случае выполнения изобретения каталитический слой выполнен толщиной от 0,5 нм до 20 нм.In the particular case of carrying out the invention, the catalytic layer is made from a thickness of 0.5 nm to 20 nm.

В частном случае выполнения изобретения каталитический слой выполнен из железа и/или оксида железа, и/или кобальта, и/или оксида кобальта, и/или никеля, и/или оксида никеля, и/или их сплавов.In the particular case of the invention, the catalytic layer is made of iron and / or iron oxide and / or cobalt and / or cobalt oxide and / or nickel and / or nickel oxide and / or their alloys.

В частном случае выполнения изобретения диэлектрический слой выполнен из оксида кремния или нитрида кремния,In the particular case of the invention, the dielectric layer is made of silicon oxide or silicon nitride,

В частном случае выполнения изобретения диэлектрический слой выполнен толщиной от 0.5 до 3 мкм.In the particular case of the invention, the dielectric layer is made from a thickness of 0.5 to 3 μm.

В частном случае выполнения изобретения окна выполнены квадратной, или прямоугольной, или круглой формы.In the particular case of the invention, the windows are square, or rectangular, or round.

В частном случае выполнения изобретения перед функционализацией дополнительно проводят термическую обработку.In the particular case of the invention, before functionalization, an additional heat treatment is carried out.

В частном случае выполнения изобретения отжиг проводят при температуре от 80 до 300°С и давлении от 0,001 до 1,02 бар.In the particular case of the invention, annealing is carried out at a temperature of from 80 to 300 ° C and a pressure of from 0.001 to 1.02 bar.

В частном случае выполнения изобретения матрица окон выполнена с расположением центров окон в узлах прямоугольной сетки с стороной ячейки 100-120 мкм.In the particular case of the invention, the matrix of windows is made with the location of the centers of the windows in the nodes of a rectangular grid with a cell side of 100-120 microns.

Совокупность признаков, характеризующих изобретение, позволяет изготовить электрод для суперконденсатора, который обладает высокой механической прочностью, высокой электро- и теплопроводностью, большой площадью поверхности и свойством обеспечивать зарядку суперконденсатора за счет энергии внутреннего бета-источника.The combination of features characterizing the invention allows to manufacture an electrode for a supercapacitor, which has high mechanical strength, high electrical and thermal conductivity, a large surface area and the ability to charge the supercapacitor due to the energy of the internal beta source.

Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

фиг. 1 - схема поперечного разреза электрода;FIG. 1 is a cross-sectional diagram of an electrode;

фиг. 2 - РЭМ изображения пучков массивов углеродных нанотрубок при различных увеличениях, выращенных на проводящих подложках в окнах, вскрытых в слое диэлектрика.FIG. 2 - SEM images of bundles of carbon nanotube arrays at various magnifications grown on conductive substrates in windows opened in a dielectric layer.

Способ изготовления электрода суперконденсатора (фиг. 1) включает следующие операции: нанесение на проводящую подложку 1 буферного слоя 2, каталитического слоя 3, затем диэлектрического слоя 4. Вскрытие в диэлектрическом слое 4 матрицы окон 5 до каталитического слоя 3. Размер окон 5 размером 40-60 мкм. Осаждение в окнах 5 массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок 6. Функционализация поверхности углеродных нанотрубок 6 кислородсодержащими группами, формирование слоя полианилина 7, содержащего изотоп С-14, на вертикально ориентированных углеродных нанотрубках 6 электрохимическим осаждением. Проведение отжига.A method of manufacturing a supercapacitor electrode (Fig. 1) includes the following operations: applying a buffer layer 2, a catalytic layer 3, then a dielectric layer 4 to the conductive substrate 1. Opening the matrix of windows 5 in the dielectric layer 4 to the catalytic layer 3. The size of windows 5 is 40- 60 microns. Deposition in windows of 5 arrays of vertically oriented carbon nanotubes 6. Functionalization of the surface of carbon nanotubes 6 with oxygen-containing groups, the formation of a layer of polyaniline 7 containing the C-14 isotope on vertically oriented carbon nanotubes 6 by electrochemical deposition. Carrying out annealing.

Высота углеродных нанотрубок 6 составляет от 30 до 100 мкм. Расстояние между центрами окон 5, в которых формируют (выращивают) массив углеродных нанотрубок, 70-100 мкм. Окна 5 могут быть квадратной или круглой формы.The height of the carbon nanotubes 6 is from 30 to 100 microns. The distance between the centers of the windows 5, in which form (grow) an array of carbon nanotubes, 70-100 microns. Windows 5 may be square or round.

Функциональная кислородсодержащая группа является карбоксильной группой. Перед функционализацией проводится отжиг, улучшающий качество углеродных нанотрубок 6. Буферный слой 2 выполняют толщиной от 10 нм до 60 нм из алюминия, и/или титана, и/или нитрида титана, а каталитический слой 3 толщиной от 0,5 нм до 20 нм из железа, и/или оксида железа, и/или кобальта, и/или оксида кобальта, и/или никеля, и/или оксида никеля, и/или их сплавов. Осаждение буферного и каталитического слоя можно реализовать магнетронным, и/или электронно-лучевым способом, и/или иным способом.A functional oxygen-containing group is a carboxyl group. Before functionalization, annealing is carried out to improve the quality of carbon nanotubes 6. The buffer layer 2 is made of a thickness of 10 nm to 60 nm from aluminum and / or titanium and / or titanium nitride, and the catalytic layer 3 is from a thickness of 0.5 nm to 20 nm from iron and / or iron oxide and / or cobalt and / or cobalt oxide and / or nickel and / or nickel oxide and / or their alloys. The deposition of the buffer and catalytic layers can be realized by the magnetron and / or electron beam method, and / or in another way.

Слой диэлектрика 4 выполняется из оксида/нитрида кремния толщиной от 0.5 до 2 мкм. Осаждение диэлектрического слоя 4 можно реализовать магнетронным, и/или электронно-лучевым способом, и/или иным способом.The dielectric layer 4 is made of silicon oxide / nitride with a thickness of 0.5 to 2 μm. The deposition of the dielectric layer 4 can be realized by the magnetron, and / or electron beam method, and / or in another way.

Окна 5 в диэлектрике вскрываются методами планарной технологии с использованием фотолитографии и травления.Windows 5 in the dielectric are opened by the methods of planar technology using photolithography and etching.

Формирование вертикально ориентированных пучков углеродных нанотрубок 6 осуществляется путем плазмохимического осаждения из газовой фазы. Реализуется данный метод путем введения подложки в нагретый реактор, подачи газа-носителя и углеродсодержащего газа, генерации плазмы. В качестве газа-носителя используют аргон, и/или аммиак, и/или гелий, и/или азот, углеродсодержащего газа – метан, и/или этилен, и/или ацетилен, и/или окись углерода. Давление в реакторе при формировании массива углеродных нанотрубок задается в диапазоне от 60 Па 550 Па, температура в диапазоне от 400°С до 800°С. Для генерации плазмы в реактор подается от генератора электромагнитное излучение с частотой 13,56 МГц и мощностью в диапазоне от 10 Вт до 200 Вт.The formation of vertically oriented bundles of carbon nanotubes 6 is carried out by plasma-chemical deposition from the gas phase. This method is implemented by introducing a substrate into a heated reactor, supplying a carrier gas and carbon-containing gas, and generating plasma. As the carrier gas, argon and / or ammonia and / or helium and / or nitrogen are used, the carbon-containing gas is methane, and / or ethylene, and / or acetylene, and / or carbon monoxide. The pressure in the reactor during the formation of an array of carbon nanotubes is set in the range from 60 Pa to 550 Pa, and the temperature in the range from 400 ° C to 800 ° C. To generate plasma, electromagnetic radiation with a frequency of 13.56 MHz and a power in the range from 10 W to 200 W is supplied to the reactor from the generator.

Для проведения синтеза может быть использованы известные установки отечественного и зарубежного производства. Для этого подложки с осажденными буферным и каталитическим слоями размещают на держателе в загрузочной камере, производится откачка загрузочной камеры, затем с помощью загрузочного устройства подложки вводятся в реактор и помещаются на поверхность рабочего стола, нагретого до требуемой температуры. Производится откачка реактора до давления ниже 7,5×10-3 Па. После чего через реактор обеспечивается проток газа-носителя (100÷600 см3/мин) и углеродсодержащего газа со скоростью подачи 10÷100 см3/мин. Непосредственно перед проведением формирования углеродных нанотрубок стабилизируют давление до требуемого значения. Производят генерацию высокочастотной плазмы с подачей заданной мощности электромагнитного излучения генератора. По окончании процесса синтеза углеродных нанотрубок прекращается подача электромагнитного излучения от генератора, затем прекращается подача газа-носителя и углеродсодержащего газа, происходит уменьшение давления в реакторе до давления ниже 7,5×10-3 Па, после чего подложки извлекаются с помощью загрузочного устройства в загрузочную камеру.To carry out the synthesis, known plants of domestic and foreign production can be used. For this, substrates with deposited buffer and catalytic layers are placed on the holder in the loading chamber, the loading chamber is pumped out, then, using the loading device, the substrates are introduced into the reactor and placed on the surface of the working table heated to the required temperature. The reactor is pumped out to a pressure below 7.5 × 10 -3 Pa. Then, through the reactor, a flow of carrier gas (100 ÷ 600 cm 3 / min) and carbon-containing gas with a feed rate of 10 ÷ 100 cm 3 / min is provided. Immediately before the formation of carbon nanotubes, the pressure is stabilized to the desired value. A high-frequency plasma is generated with a given power of electromagnetic radiation from a generator. At the end of the synthesis of carbon nanotubes, the electromagnetic radiation from the generator is stopped, then the carrier gas and carbon-containing gas are stopped, the pressure in the reactor decreases to a pressure below 7.5 × 10 -3 Pa, after which the substrates are removed using the loading device into the loading the camera.

Поперечный размер столбика нанотрубок 30-60 мкм (фиг 2). Диаметр сформированных углеродных нанотрубок составляет от 4 до 90 нм, а длина от 30 мкм до 100 мкм.The transverse size of the column of nanotubes 30-60 microns (Fig 2). The diameter of the formed carbon nanotubes is from 4 to 90 nm, and the length is from 30 μm to 100 μm.

Функцианализация поверхности углеродных нанотрубок осуществляется химическим способом в две стадии. Первая стадия обработка - в 37% соляной кислоте, вторая стадия - обработка в смеси 67% HNO3+98%H2SO4 с последующей промывкой.The functionalization of the surface of carbon nanotubes is carried out chemically in two stages. The first stage is treatment in 37% hydrochloric acid, the second stage is treatment in a mixture of 67% HNO 3 + 98% H 2 SO 4 , followed by washing.

Покрытие полианилином, содержащим изотоп С-14, осуществляется электрохимическим методом из раствора мономера. Полианилин равномерно покрывает нанотрубки. Последующий отжиг завершает формирование столбиков композита углеродные нанотрубки - полианилин, которые упорядоченно расположены по поверхности электрода.Coating with polyaniline containing the C-14 isotope is carried out by the electrochemical method from a monomer solution. Polyaniline evenly covers nanotubes. Subsequent annealing completes the formation of the composite columns of carbon nanotubes - polyaniline, which are arranged orderly on the surface of the electrode.

ПримерExample

Для формирования электрода суперконденсатора на подложку из высоколегированного кремния n-типа проводимости осаждали буферный слой титана толщиной 20 нм и каталитической слой никеля толщиной 2 нм. После этого подложку помещали в магнетрон и проводили нанесение оксида кремния толщиной 1 мкм. После этого методами планарной технологии (нанесение и обработка фоторезиста, фотолитография, удаление фоторезиста из окон, травление окон, удаление фоторезиста и окончательная отмывка подложки) осуществляли вскрытие окон в оксиде кремния. Далее подложки размещали на держателе в загрузочной камере, производилась откачка загрузочной камеры, затем с помощью загрузочного устройства образцы были введены в реактор и помещены на поверхность рабочего стола, нагретого до температуры 550°С. Давление в реакторе было доведено до 5×10-3 Па. После чего через реактор пропускали поток аргона со скоростью подачи 300 см3/мин, аммиака 100 см3/мин и ацетилена 100 см3/мин. Непосредственно перед проведением синтеза (формирования углеродных нанотрубок) было стабилизировано давление в реакторе до 400 Па. Произведена генерация высокочастотной плазмы с подачей электромагнитного излучения мощностью 20 Вт. По окончании процесса синтеза массивов углеродных нанотрубок прекращена подача электромагнитного излучения, аргона, аммиака и ацетилена, произведено уменьшение давления до до 5×10-3 Па и извлечены подложки.To form a supercapacitor electrode, a buffer layer of titanium with a thickness of 20 nm and a catalytic layer of nickel with a thickness of 2 nm were deposited on a substrate of highly doped n-type silicon. After this, the substrate was placed in a magnetron and silicon oxide was deposited with a thickness of 1 μm. After that, using planar technology methods (applying and processing of photoresist, photolithography, removal of photoresist from windows, etching of windows, removal of photoresist and final washing of the substrate), windows were opened in silicon oxide. Next, the substrates were placed on the holder in the loading chamber, the loading chamber was pumped out, then, using the loading device, the samples were introduced into the reactor and placed on the surface of the working table heated to a temperature of 550 ° C. The pressure in the reactor was brought to 5 × 10 -3 Pa. Then, a stream of argon was passed through the reactor at a feed rate of 300 cm 3 / min, ammonia 100 cm 3 / min and acetylene 100 cm 3 / min. Immediately before the synthesis (the formation of carbon nanotubes), the pressure in the reactor was stabilized up to 400 Pa. A high-frequency plasma was generated with the supply of electromagnetic radiation with a power of 20 watts. At the end of the synthesis of carbon nanotube arrays, the flow of electromagnetic radiation, argon, ammonia and acetylene was stopped, the pressure was reduced to 5 × 10 -3 Pa, and the substrates were removed.

После формирования вертикально ориентированных массивов углеродных нанотрубок была произведена термическая обработка при температуре 350°С и давлении 5×10-3 Па.After the formation of vertically oriented arrays of carbon nanotubes, heat treatment was performed at a temperature of 350 ° C and a pressure of 5 × 10 -3 Pa.

Сформированные пучки на поверхности проводящей пластины приведены на фиг. 2. Диаметр пучков массивов углеродных ннаотрубок изменялся от 30 до 60 нм, что согласовано с самопоглощением электронов высоких энергий в полианилине.The formed beams on the surface of the conductive plate are shown in FIG. 2. The diameter of the bundles of carbon nanotube arrays varied from 30 to 60 nm, which is consistent with the self-absorption of high-energy electrons in polyaniline.

Для функционализации поверхности углеродных нанотрубок карбоксильными группами использовалась технологическая линия химической обработки пластин. Нижняя поверхность пластины защищалась химически стойким лаком, пластина помещалась в сушильную камеру, камера откачивалась до остаточного давления 10 Па, температура в камере поднималась до 250°С. Сушка при этой температуре проводилась 2 часа. Затем пластина с массивом нанотрубок извлекалась из камеры. Процесс функционализации заключался в химической обработке массива углеродных нанотрубок и проводился в 2 стадии. Первая стадия заключалась в обработке углеродных нанотрубок в 37% соляной кислоте течение 1 часа. Пластина помещалась в ванну с раствором соляной кислоты и выдерживалась в ней 1 час. Затем пластина извлекалась из ванны и промывалась в потоке деионизованной воды в течение 10 минут. Эта операция способствует очистке углеродных нанотрубок от остатков катализатора. Вторая стадия заключалась в обработке углеродных нанотрубок в «царской водке» - смеси концентрированных серной и азотной кислоты: (67% HNO3+98%H2SO4 в соотношении 1:3). Пластина с массивом углеродных нанотрубок помещалась в этот раствор, который поддерживался при температуре 60°С и выдерживалась в нем в течение 2-х часов. Затем углеродные нанотрубки промывались в деионизованной воде при температуре 80°С в течение 12 часов. Затем пластина помещалась в вакуумную камеру, давление в камере понижалось до 5×10-3 Па, камера нагревалась до температуры 200°С и в этих условиях пластина выдерживалась 30 минут. Затем камера охлаждалась, давление в ней поднималось до атмосферного и пластина извлекалась.To functionalize the surface of carbon nanotubes with carboxyl groups, a technological line for the chemical treatment of plates was used. The bottom surface of the plate was protected by chemically resistant varnish, the plate was placed in a drying chamber, the chamber was pumped out to a residual pressure of 10 Pa, the temperature in the chamber rose to 250 ° C. Drying at this temperature was carried out for 2 hours. Then a plate with an array of nanotubes was removed from the chamber. The functionalization process consisted in the chemical processing of the carbon nanotube array and was carried out in 2 stages. The first stage was the processing of carbon nanotubes in 37% hydrochloric acid for 1 hour. The plate was placed in a bath with a solution of hydrochloric acid and kept in it for 1 hour. Then the plate was removed from the bath and washed in a stream of deionized water for 10 minutes. This operation facilitates the purification of carbon nanotubes from catalyst residues. The second stage was the processing of carbon nanotubes in “aqua regia” - a mixture of concentrated sulfuric and nitric acid: (67% HNO 3 + 98% H 2 SO 4 in a 1: 3 ratio). A plate with an array of carbon nanotubes was placed in this solution, which was maintained at a temperature of 60 ° C and kept in it for 2 hours. Then the carbon nanotubes were washed in deionized water at a temperature of 80 ° C for 12 hours. Then the plate was placed in a vacuum chamber, the pressure in the chamber was reduced to 5 × 10 -3 Pa, the chamber was heated to a temperature of 200 ° C and under these conditions the plate was held for 30 minutes. Then the chamber was cooled, the pressure in it rose to atmospheric and the plate was removed.

Для электрохимического осаждения полианилина на функцианализированную поверхность углеродных нанотрубок приготавливался раствор анилина, изготовленного на основе изотопа углерода С-14, цитрата натрия, фосфата калия, тетрабората натрия (весовое соотношение 2:1:1:1) в 0.05 молярном растворе хлорида калия. Для приготовления раствора хлорида калия применялась деионизованная вода. В раствор добавлялся КОН, пока рН раствора не становилось равным 6. Этот раствор помещался в гальваническую ванну, пластина закреплялась на аноде гальванической ванны, причем обеспечивался контакт электрода анода с проводящей пластиной. Подложка, нижняя поверхность которой была изолирована, помещалась в этот раствор. На подложке поддерживался потенциал +300 мВ, время осаждения составляло 4-10 минут. По окончании этого процесса пластина извлекалась из гальванической ванны, пленка химически стойкого лака удалялась механическим способом, производилась промывка пластины в деионизованной воде, в течение 10 часов, а затем сушка в вакууме при температуре 150-200°С в течение 24 часов.For the electrochemical deposition of polyaniline on a functionalized surface of carbon nanotubes, an aniline solution was prepared based on the carbon isotope C-14, sodium citrate, potassium phosphate, sodium tetraborate (weight ratio 2: 1: 1: 1) in a 0.05 molar solution of potassium chloride. To prepare a solution of potassium chloride, deionized water was used. KOH was added to the solution until the pH of the solution became 6. This solution was placed in a galvanic bath, the plate was fixed on the anode of the galvanic bath, and the anode electrode was in contact with the conductive plate. The substrate, the bottom surface of which was insulated, was placed in this solution. A potential of +300 mV was maintained on the substrate; the deposition time was 4–10 minutes. At the end of this process, the plate was removed from the plating bath, the film of chemically resistant varnish was removed mechanically, the plate was washed in deionized water for 10 hours, and then dried in vacuum at a temperature of 150-200 ° C for 24 hours.

Таким образом, был сформирован электрод суперконденсатора. Для испытаний готовый электрод помещался в электрохимическую ячейку, которая служила макетом суперконденсатора. В первый момент ток падает, а затем поддерживается постоянным. Постоянство тока обусловлено свойством суперконденсатора заряжаться от внутреннего источника энергии, обусловленного бета-распадом радиоактивного изотопа углерода С-14, которое обеспечивается предложенным способом изготовления электрода.Thus, a supercapacitor electrode was formed. For testing, the finished electrode was placed in an electrochemical cell, which served as a mockup of a supercapacitor. At first, the current drops, and then is kept constant. The constancy of current is due to the property of the supercapacitor to be charged from an internal energy source, due to beta decay of the radioactive carbon isotope C-14, which is provided by the proposed method for manufacturing the electrode.

Таким образом, был изготовлен электрод, который при помещении в макет суперконденсатора подтвердил свою работоспособность и выполнение заявленных функций. Ток при разряде практически не изменялся, что связано со способностью электрода подзаряжать суперконденсатор.Thus, an electrode was made, which, when placed in a mock supercapacitor, confirmed its operability and performance of the declared functions. The discharge current practically did not change, which is associated with the ability of the electrode to recharge the supercapacitor.

Claims (13)

1. Способ изготовления электрода суперконденсатора, заключающийся в нанесении на проводящую подложку буферного слоя, каталитического слоя, затем диэлектрического слоя, вскрытии в диэлектрическом слое матрицы окон до каталитического слоя с поперечным размером 40-60 мкм, осаждении в окнах массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, функционализации поверхности углеродных нанотрубок кислородсодержащими группами, формировании слоя полианилина, содержащего изотоп С-14, на вертикально ориентированных углеродных нанотрубках электрохимическим осаждением, отжиге.1. A method of manufacturing a supercapacitor electrode, which consists in applying a buffer layer, a catalytic layer, then a dielectric layer on a conductive substrate, opening a window matrix in a dielectric layer to a catalytic layer with a transverse size of 40-60 microns, depositing vertically oriented carbon nanotubes in the arrays of windows, functionalizing surfaces of carbon nanotubes with oxygen-containing groups, the formation of a polyaniline layer containing the C-14 isotope on vertically oriented carbon nanotubes electrochemical deposition annealing. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высота углеродных нанотрубок составляет от 30 до 100 мкм.2. The method according to p. 1, characterized in that the height of the carbon nanotubes is from 30 to 100 microns. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между центрами окон составляет 70-100 мкм.3. The method according to p. 1, characterized in that the distance between the centers of the windows is 70-100 microns. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что функциональная кислородсодержащая группа является карбоксильной группой.4. The method according to p. 1, characterized in that the functional oxygen-containing group is a carboxyl group. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина буферного слоя составляет от 5 до 60 нм.5. The method according to p. 1, characterized in that the thickness of the buffer layer is from 5 to 60 nm. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что буферный слой выполнен из алюминия, и/или титана, и/или нитрида титана.6. The method according to p. 1, characterized in that the buffer layer is made of aluminum and / or titanium and / or titanium nitride. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каталитический слой выполнен толщиной от 0,5 до 20 нм.7. The method according to p. 1, characterized in that the catalytic layer is made with a thickness of from 0.5 to 20 nm. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каталитический слой выполнен из железа, и/или оксида железа, и/или кобальта, и/или оксида кобальта, и/или никеля, и/или оксида никеля, и/или их сплавов.8. The method according to p. 1, characterized in that the catalytic layer is made of iron and / or iron oxide and / or cobalt and / or cobalt oxide and / or nickel and / or nickel oxide and / or alloys. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический слой выполнен из оксида кремния или нитрида кремния,9. The method according to p. 1, characterized in that the dielectric layer is made of silicon oxide or silicon nitride, 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический слой выполнен толщиной от 0.5 до 3 мкм.10. The method according to p. 1, characterized in that the dielectric layer is made of a thickness of from 0.5 to 3 microns. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окна выполнены квадратной, или прямоугольной, или круглой формы.11. The method according to p. 1, characterized in that the windows are square, or rectangular, or round. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят термическую обработку перед функционализацией.12. The method according to p. 1, characterized in that it further conduct heat treatment before functionalization. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг проводят при температуре от 80 до 300 °С и давлении от 0,001 до 1,02 бар.13. The method according to p. 1, characterized in that the annealing is carried out at a temperature of from 80 to 300 ° C and a pressure of from 0.001 to 1.02 bar.
RU2017129367A 2017-08-17 2017-08-17 Method of manufacturing a super-capacitor electrode RU2660819C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129367A RU2660819C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Method of manufacturing a super-capacitor electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129367A RU2660819C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Method of manufacturing a super-capacitor electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2660819C1 true RU2660819C1 (en) 2018-07-10

Family

ID=62815741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129367A RU2660819C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Method of manufacturing a super-capacitor electrode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660819C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3961667A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-02 Jozef Stefan Institute Method for manufacturing hybrid binder-free electrodes for electrochemical energy storage devices
EP3975213A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-30 Jozef Stefan Institute Method for manufacturing hybrid binder-free electrodes for electrochemical supercapacitors
RU2824719C1 (en) * 2023-12-15 2024-08-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of producing composite material based on titanium dioxide nanotubes and nickel nanorods

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160086741A1 (en) * 2010-02-19 2016-03-24 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Multilayer Carbon Nanotube Capacitor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160086741A1 (en) * 2010-02-19 2016-03-24 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Multilayer Carbon Nanotube Capacitor

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.Akimchenko et al., Betavoltaic device in por-SiC/Si, EPJ Web of Conferences,january 2017. *
Dai, L.; Patil, A.; Gong, X.; Guo, Z.; Liu, L.; Liu, Y. & Zhu, D. (2003). Aligned Nanotubes. ChemPhysChem, 1150-1169. *
Dai, L.; Patil, A.; Gong, X.; Guo, Z.; Liu, L.; Liu, Y. & Zhu, D. (2003). Aligned Nanotubes. ChemPhysChem, 1150-1169. Сауров А.Н. и др. Наноструктурированные источники тока, возбуждаемые β-излучением, на основе углеродных нанотрубок, Известия вузов, Электроника, т.20,5, 2015. A.Akimchenko et al., Betavoltaic device in por-SiC/Si, EPJ Web of Conferences,january 2017. А.Ю.Рычагов и др. Перспективные электродные материалы для суперконденсаторов, Электрохимическая энергетика, т.12,4, с.167-180. *
А.Ю.Рычагов и др. Перспективные электродные материалы для суперконденсаторов, Электрохимическая энергетика, т.12,4, с.167-180. *
Сауров А.Н. и др. Наноструктурированные источники тока, возбуждаемые β-излучением, на основе углеродных нанотрубок, Известия вузов, Электроника, т.20,5, 2015. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3961667A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-02 Jozef Stefan Institute Method for manufacturing hybrid binder-free electrodes for electrochemical energy storage devices
EP3975213A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-30 Jozef Stefan Institute Method for manufacturing hybrid binder-free electrodes for electrochemical supercapacitors
RU2824719C1 (en) * 2023-12-15 2024-08-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of producing composite material based on titanium dioxide nanotubes and nickel nanorods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101817260B1 (en) Graphene-nanomaterial composite, electrode and electric device including the graphene-nanomaterial composite, and method of manufacturing the graphene-nanomaterial composite
Chen et al. An integrated “energy wire” for both photoelectric conversion and energy storage
Li et al. A 3D-composite structure of FeP nanorods supported by vertically aligned graphene for the high-performance hydrogen evolution reaction
JP5281100B2 (en) Electric double layer capacitor and manufacturing method thereof
US11349116B2 (en) MoSxOy/carbon nanocomposite material, preparation method therefor and use thereof
JP6138007B2 (en) Conductive member, electrode, secondary battery, capacitor, and conductive member and electrode manufacturing method
US8213157B2 (en) Single-wall carbon nanotube supercapacitor
KR101854514B1 (en) Hierarchical mesoporous graphene/Ni-Co-S array on 3-dimensional nickel foam composite and preparation method thereof
US20090168302A1 (en) Electrochemical capacitor with carbon nanotubes
Li et al. Stereolithography of 3D sustainable metal electrodes towards high‐performance nickel iron battery
KR101274991B1 (en) The method for manufacturing nitrogen doped graphene electrode for capacitor, electrode and electric double layer capacitor using the same
RU2660819C1 (en) Method of manufacturing a super-capacitor electrode
Zhai et al. CuO nanorods grown vertically on graphene nanosheets as a battery-type material for high-performance supercapacitor electrodes
Huang et al. Recent progress in the application of ion beam technology in the modification and fabrication of nanostructured energy materials
Du et al. Interface engineering of tungsten carbide/phosphide heterostructures anchored on N, P-codoped carbon for high-efficiency hydrogen evolution reaction
Xiao et al. Efficient Self‐Powered Overall Water Splitting by Ni4Mo/MoO2 Heterogeneous Nanorods Trifunctional Electrocatalysts
Zhu et al. A Durable Ni–Zn Microbattery with Ultrahigh‐Rate Capability Enabled by In Situ Reconstructed Nanoporous Nickel with Epitaxial Phase
JP2009021400A (en) Structure
KR102360020B1 (en) Lithium ion accumulator and material and process for production thereof
KR102198785B1 (en) Anode Material for Lithium Secondary Battery Comprising Tin-Fullerene Complex and Preparation Method Thereof
Kulkarni et al. Synthesis processes of carbonaceous material/conducting polymer nanocomposites in relation to grafting and electrochemical properties for supercapacitor application: a review
KR102320946B1 (en) Supercapacitor and method of its construction
Saleem et al. Coin-cell supercapacitors based on CVD grown and vertically aligned carbon nanofibers (VACNFs)
BG110821A (en) Method and device for direct conversion of radiation energy into electric energy
Xu et al. Direct formation of reduced graphene oxide and graphene quantum dot composites by using ascorbic acid as high-performance binder-free supercapacitor electrodes
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载